專利名稱：基于熱電偶測溫連鑄結(jié)晶器固液渣潤滑膜厚度的確定方法
基于熱電偶測溫連鑄結(jié)晶器固液渣潤滑膜厚度的確定方法技術領域
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金連鑄過程數(shù)學模型應用領域，特別涉及一種基于熱電偶測溫 連鑄結(jié)晶器固液渣潤滑膜厚度的確定方法。
背景技術：
連續(xù)鑄鋼時，鋪展于結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面上的保護渣吸收高溫鋼水提供的熱量，迅 速在鋼水液面上形成液渣層，靠近液渣層的保護渣仍未達到融化溫度，則形成過渡形式的 燒結(jié)層，而燒結(jié)層上則是保持原狀態(tài)的粉渣層，即為結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面上保護渣的三層結(jié) 構(gòu)；另一方面，液渣層內(nèi)液態(tài)渣隨結(jié)晶器周期性往復振動持續(xù)不斷滲入到結(jié)晶器壁與初始 凝固坯殼間氣隙并形成潤滑渣膜，其中貼近結(jié)晶器壁的液態(tài)渣在冷卻作用下形成玻璃質(zhì)和 結(jié)晶質(zhì)共存的固體潤滑膜，而貼近坯殼表面的液態(tài)渣則形成液體潤滑膜。

圖1為連鑄結(jié)晶 器內(nèi)澆鑄狀況，基于冶金連鑄領域內(nèi)已被普遍接受的混合摩擦理論，振動結(jié)晶器壁與凝固 坯殼表面間產(chǎn)生的摩擦力分為兩類(1)固渣膜與凝固坯殼間因固體與固體接觸引起的庫 侖摩擦；( 液渣膜內(nèi)由黏性牛頓流體導致的液體摩擦。盡管結(jié)晶器壁與凝固坯殼間的接 觸狀態(tài)同時受兩類摩擦力的影響，且總摩擦力為二者之和，但兩類摩擦力在結(jié)晶器不同位 置所發(fā)揮的作用并不相同。研究表明，在結(jié)晶器上部液體摩擦力占據(jù)絕對主導地位，而結(jié) 晶器下部則主要以固體摩擦力為主。此外，結(jié)晶器上部彎月面區(qū)凝固坯殼在液體摩擦力作 用下容易被撕裂而形成鑄坯表面裂紋，甚至引發(fā)漏鋼事故，造成重大損失，而下部結(jié)晶器壁 與固渣膜間的摩擦則導致了結(jié)晶器銅板的磨損，使得設備維護成本提升，并增大了鑄坯生 成表面的可能性。因此，無論是液體摩擦，還是固體摩擦，均是連續(xù)鑄鋼中應被密切監(jiān)測和 控制的重要過程參數(shù)，尤其液體摩擦力因其直接控制著連鑄順行和產(chǎn)品質(zhì)量更是被重點關 注的澆鑄數(shù)據(jù)。目前，針對摩擦力的監(jiān)控除通過保護渣渣耗量來間接評價外，所采用的手段 大多是通過對拉坯阻力的檢測，Sah00等人開發(fā)了基于多傳感器的摩擦力檢測方法用來控 制摩擦力以改善鑄坯質(zhì)量和澆鑄穩(wěn)定性，姚曼等人開發(fā)了基于功率法的摩擦力計算模型， 通過檢測結(jié)晶器振動臺負載和空載時的功率差評價摩擦力，奧鋼聯(lián)和達涅利等國際鋼鐵技 術研發(fā)巨頭設計的結(jié)晶器系統(tǒng)中均內(nèi)置了摩擦力檢測模塊，盡管一定程度上解決了摩擦力 在線檢測的問題，其檢測值與理論計算值差別較大，且檢測機理為“黑匣子”，仍待深入研究 和破解。這些研究均側(cè)重于對摩擦力的宏觀檢測，并主要針對彎月面區(qū)的液體摩擦力，而根 據(jù)牛頓流體力學理論，液體摩擦力即為黏性流體“內(nèi)摩擦力”，可由方程⑴計算，則在線計 算液體摩擦力應是監(jiān)控其變化的最為直接和精確的手段?；诜匠?1)可知，液體摩擦力 取決于結(jié)晶器與凝固坯殼間的相對運動、保護渣黏度和液渣膜(潤滑膜)厚度，前兩者在穩(wěn) 定澆鑄條件下的數(shù)值可由連鑄機設定值或保護渣供應商提供，而液渣膜厚度則非常難以確 定，截止目前的研究僅能證明其數(shù)量級在10-5-10- !范圍，從而成為開發(fā)液體摩擦力在線 計算模型的瓶頸。f - u H
權利要求
1. 一種基于熱電偶測溫連鑄結(jié)晶器固液渣潤滑膜厚度的確定方法，其特征在于按如 下步驟進行步驟一、獲取初始數(shù)據(jù) 1)、確定彎月面高度H彎月面高度即為渣道長度，由毛細管常數(shù)方程(15)得到；H \(ps -Pf)s(15)式中，g為重力加速度，g = 9. 8m · S-2 ； P S為鋼水密度，kg · m-3 ； σ s-f為初凝坯殼 與保護渣間界面張力，N · m-1，由Girifalco-Good方程(16)計算；^-t =￡JS +σ - 2lN明(16)式中，as, of分別為初凝坯殼和保護渣表面張力，N ·πι-1，保護渣包括液渣和固渣；Φ 為接觸界面特性值；2)、澆鑄操作參數(shù)(1)由設計圖紙確定連鑄結(jié)晶器寬面和窄面長度L和W;(2)由現(xiàn)場穩(wěn)定澆鑄狀態(tài)下統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定單位面積渣耗量Q；(3)由設計圖紙確定熱電偶埋入位置距結(jié)晶器熱面距離d；(4)實時測定熱電偶溫度T。；(5)由澆注過程模擬系統(tǒng)在線仿真模型實時計算初凝坯殼表面溫度Ts；3)、保護渣物性參數(shù)(1)由保護渣技術手冊確定液渣潤滑膜密度Pf ；(2)由保護渣技術手冊確定保護渣熔點Tf；4)、材料導熱系數(shù)(1)設定液渣膜和固渣膜導熱系數(shù)λs和λ 1 ；(2)根據(jù)彎月面銅板熱面溫度，設定銅導熱系數(shù)；步驟二、確定結(jié)晶器彎月面區(qū)固渣潤滑膜厚度和液渣潤滑膜厚度 基于質(zhì)量平衡和熱流平衡原理建立結(jié)晶器彎月面區(qū)固渣潤滑膜厚度模型(1 和液渣 潤滑膜厚度模型(14)，確定結(jié)晶器彎月面區(qū)固渣潤滑膜厚度ds和液渣潤滑膜厚度Cl1 ；d _ (A--IA2 -AB)D-2E2(C +功(13)i _ [Λ--JA2-4β)Ο + 2Ξ。二^ 2(C+D)(14)L +WL-hW OT-TeT式中“丁=λ人s =和 W分^^ PiH -1CZf _ 々別為結(jié)晶器寬面和窄面長度；Q為單位面積渣耗量；ρ f為液渣潤滑膜密度；λ χ為液渣潤滑膜的導熱系數(shù)；λ s為固渣潤滑膜的導熱系數(shù)；λ m為結(jié)晶器銅板的導熱系數(shù)；TS為凝固坯殼表面的溫度；Tf為保護渣融點的溫度；Tm為結(jié)晶器銅板熱面的溫度；T。為熱電偶位置的溫度；d為熱電偶埋入位置距結(jié)晶器熱面距離；步驟三、在線顯示固渣潤滑膜厚度和液渣潤滑膜厚度的結(jié)果。
2.按權利要求1所述的基于熱電偶測溫連鑄結(jié)晶器固液渣潤滑膜厚度的確定方法，其 特征在于所述的步驟二中基于質(zhì)量平衡和熱流平衡原理建立結(jié)晶器彎月面區(qū)固渣潤滑膜 厚度模型(1 和液渣潤滑膜厚度模型(14)的方法如下 (1.)質(zhì)量平衡彎月面區(qū)渣耗量可表示為方程(2)，由于彎月面區(qū)潤滑膜極薄，則可將穩(wěn)定澆鑄時彎月 面區(qū)固渣潤滑膜和液渣潤滑膜考慮為常值，則得到彎月面區(qū)渣耗量的另一種表示方式，方 程⑶，
全文摘要
一種基于熱電偶測溫連鑄結(jié)晶器固液渣潤滑膜厚度的確定方法，屬于鋼鐵冶金連鑄過程數(shù)學模型應用領域，包括如下步驟步驟一、獲取初始數(shù)據(jù)；步驟二、確定結(jié)晶器彎月面區(qū)固渣潤滑膜厚度和液渣潤滑膜厚度；步驟三、在線顯示固渣潤滑膜厚度和液渣潤滑膜厚度的結(jié)果。本發(fā)明的優(yōu)點在于基于質(zhì)量平衡和熱流平衡推導出連鑄結(jié)晶器彎月面潤滑膜厚度計算方程，并在彎月面區(qū)安裝有熱電偶的前提下，將其實時檢測到的溫度數(shù)據(jù)導入數(shù)學模型，實現(xiàn)潤滑膜厚度的實時計算。
文檔編號B22D11/07GK102039385SQ201010563750
公開日2011年5月4日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權日2010年11月29日
發(fā)明者孟祥寧, 朱苗勇 申請人:東北大學